三电平NPC逆变器的DC侧电流纹波分析与损耗的计算，都是根据逆变器所采用的特定的调制方法来进行的。因此，对三电平NPC逆变器调制方法原理的分析及仿真，是进行DC侧电流纹波分析与损耗计算的前提。

自多电平逆变器诞生以来，其相应的PWM控制技术就一直是其研究的重点内容。传统两电平逆变器的PWM控制方法经过几十年的发展，已经较为成熟，而多电平逆变器因其拓扑结构较为复杂、元器件较多等特点的限制，在控制方法上也更为复杂。

多电平PWM控制方法的研究主要是围绕着两个核心问题展开的：

一是输出电压波形的控制，即逆变器输出电压脉冲与调制波等效；

二是逆变器自身运行状态的控制，包括中点电压平衡，输出电压、电流谐波的控制，功率开关器件的损耗分配控制等。设计合理的PWM控制方法，对于三电平NPC逆变器抑制中点电压不平衡问题尤为重要 。

较为常见的多电平PWM控制方法分为：基于载波的PWM控制方法和空间矢量PWM控制方法。

（1）正弦脉宽调制方法（SPWM）

多电平逆变器的基于载波PWM控制方法一般采用载波层叠的形式。多电平载波层叠PWM控制方法与传统两电平PWM控制方式类似。对于m电平逆变器来说，采用（m-1）层相同幅值和频率的三角形载波，分为上下两层，与调制波进行比较，产生开关序列，控制功率开关器件的导通和关断，从而输出想要得到的波形。

对于三电平NPC逆变器来说，可以采用两层载波。按照上下两层载波的相位关系，可以分为反相载波层叠法和同相载波层叠法。

（2）反相载波层叠法

反相载波层叠法中，上下两层载波相位相差180°，如图4所示。图4中，蓝色正弦波为正弦调制波，与上下两组载波进行比较；黑色脉冲序列为交流输出端（以A相为例）与DC侧中点之间的电压u_az 。

（3）同相载波层叠法

与反相载波层叠法相对应，同相载波层叠法的上下两组载波的相位完全相同，如图5所示。

（4）三次谐波注入脉宽调制方法

对于没有中线的三相对称负载的逆变器系统，在输出电压中注入三的倍数次谐波或直流分量时候，对负载电压波形不会产生影响。因此，可以对正弦调制波注入合适的零序分量，从而达到相应的目的。为了提高直流母线电压利用率，可以采用三次谐波注入PWM控制方法，如图6所示 。2100433B

可以将三电平NPC逆变器的优点总结如下：

①在换流过程中，每个功率半导体器件所承受的电压均为E（v_dc / 2）。这有助于逆变器电压等级和功率等级的提高，在元器件的选择方面也会留有更大的余地；

②由于三电平NPC逆变器输出线电压、相电压波形的阶梯均多余传统两电平逆变器，因此有着较低的谐波畸变率（Total Harmonic Distortion，THD）；

③在直流侧电压相同，相电流相同的工况下，三电平NPC逆变器的开关损耗约为传统两电平逆变器的1/2（将在后面的章节进行论述），较小的开关损耗允许适当地增大开关频率，进一步减小谐波。

同时，由于三电平NPC逆变器的拓扑结构的限制，其也具有一些缺点：

①功率半导体器件较多，单相桥臂有四组IGBT/续流二极管，并且比两电平逆变器多出两个钳位二极管。元器件的增加，为驱动电路和控制电路的设计带来了麻烦；

②直流侧两个电容存在中点电压平衡问题，有可能造成输出电压的畸变，甚至损坏元器件；

③功率半导体器件的增多，导致各个器件的损耗和结温不同（将在后面的章节进行论述），对散热系统的设计更为复杂 。

为了获得三电平，每一相的四组开关（IGBT/Diode）只能有相邻的两组开关同时导通，即T_x1-T_x2，T_x2-T_x3，或者T_x3-T_x4。用字母P，O和N表示三组开关的状态。开关状态如表1所示。为了尽可能地减小开关损耗，一次开关状态的改变只允许一个开关进行动作，即P↔O和O↔N。开关T_x1和开关T_x3状态为互补关系，开关T_x2和开关T_x4状态为互补关系，要避免出现多个开关同时导通现象，否则会发生短路，烧毁元器件。

三电平NPC逆变器的工作状态是指开关状态和负载电流，由于拓扑结构的对称性，本文只分析P→O开关状态。根据负载电流的方向不同，又可以分为i_ph>0和i_ph<0两种情况。

为了更清晰、明确的进行分析，先做如下假设：

①所有器件均为理想器件，不考虑死区时间和中点电压不平衡问题；

②开关状态改变时，i_ph电流方向不改变。

当i_ph>0时，状态P→O的换流示意图如图2中（a）和（b）。

P状态时，开关T_x1和T_x2导通，T_x3和T_x4关断。电流i_ph流过T_x1和T_x2的两个IGBT。输出端相对于中点V_az的电压为v_dc/2。

O状态时，开关T_x2和T_x3导通，T_x1和T_x4关断。由于开关T_x1突然关断，电流i_ph从T_x1的IGBT强制换流到钳位二极管D_x5，仍然通过T_x2的IGBT流到输出端。此时V_az电压为0。

当i_ph<0时，状态P→O的换流示意图如图3中（a）和（b）。

P状态时，开关T_x1和T_x2导通，T_x3和T_x4关断。电流i_ph流过和的两个二极管。输出端相对于中点V_az的电压为v_dc/2。

O状态时，开关T_x2和T_x3导通，T_x1和T_x4关断。由于开关T_x1突然关断，T_x1的二极管承受反向压降不能导通，电流i_ph从T_x1的二极管强制换流到钳位二极管D_x6。

此时电压V_az为0。

三电平NPC 逆变器其他工况下的工作原理，均可以用上述方法分析，此处不再一一赘述 。

图1为中点钳位三电平逆变器的拓扑结构。

该拓扑结构包括两个串联的电容C₁，C₂，两电容之间的点称为中点Z，因此中点钳位型逆变器也被称作二极管钳位逆变器；每一相包含四组IGBT/Diode（绝缘栅门极晶闸管/二极管）T_x1、T_x2、T_x3和T_x4；两个钳位二极管D_x5和D_x6（x=a，b，和c）。

根据拓扑结构可以看出来，中点钳位三电平逆变器的一个很重要的问题就是：中点电压平衡问题。理想的情况下，直流电容C₁，C₂的电压均为E（E为直流电压源V_dc的1/2），但是流过中点Z的电流对电容充电或者放电，加之电容保持电压的能力有限，会导致电容C₁，C₂的电压发生变化。工况恶劣时，会导致上下两电容电压差过大，输出电压电流波形畸变，甚至损坏功率半导体器件 。

三电平逆变器是现有多电平逆变器中应用较为广泛的一种，其应用已有许多实例。其中，二极管中点钳位型(neutral point clamped， NPC)逆变器多应用在以静止同步补偿器、有源电力滤波器为代表的柔性交流输电技术和以中高压变频为代表的大电机拖动、风力发电等领域。但是二极管钳位型三电平逆变器的研制、工程化和应用仍存在着许多问题， 尤其是高性能、 高可靠性的系统并不多见 ，其主要原因有：

1）二极管钳位型逆变器的实际性能分析困难。二极管钳位型逆变器结构复杂，每一相桥臂都由多个功率开关管和二极管组成；复杂的调制策略，令功率开关管不断的开通和关断，使逆变器工作在多种工作模式下。此外，工作回路中寄生电感的存在也会给器件的开关特性产生影响 。

2）实时在线状态未知。对大功率开关半导体器件的测试多为离线测试和准在线测试。这两种方法都无法同时、准确地测量出大功率逆变器实际工况下各器件之间“牵一发而动全身”的动态特性，无法得知器件的实时在线状态 。

3）故障预防和裕量设计不合适。由于无法监测到大功率开关半导体器件在故障时异常的动态特性，因此无法给故障的预防提供参考。且在大功率开关半导体器件选型时，裕量的选择往往是凭经验，常导致裕量设计不合适 。 解读词条背后的知识 电气新科技 媒体人,《电气技术》杂志社有限公司,科技领域爱好者

可有效改善三电平逆变器输出电流质量的优化策略

天津市电机系统先进设计与智能控制技术工程中心（天津工业大学）、天津大学电气自动化与信息工程学院的研究人员谷鑫、刘潮、张国政、史婷娜、夏长亮，在2019年第5期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“三电平逆变器同步不连续空间矢量调制输出电流优化策略”），以中点钳位型三电平逆变器...

首先我们要看看哪些宫位行星多，哪些少，来个总体的印象。

A-如果两个人的行星集中在：第一宫、第五宫、第九宫

这是充满生命力的宫位，当两个人的组合中点盘以这些宫位居多时，他们的关系通常是比较提升、追求、改善的。这三宫可以说是尽力把人生活得淋漓尽致、发挥生命潜质。像是第一宫的寻求自我、第五宫的激发无意识中的创造力、第九宫的寻求生命、人类的目标。

第一宫：主要反映一对夫妻那种可以被外界察觉的情况与相互关系，简单讲就是公众眼中的夫妻形象；

第五宫：两人间的浪漫、消遣，孩子和自我表达空间；

第九宫：家庭的理想、良知和旅行情况；

B-如果两个人的行星集中在：第二宫、第六宫、第十宫

当二人的合盘以二、六、十宫居多时，两人的关系会比较在现实上打转，因此显得较功利、严肃、斤斤计较的就像土象星座的特质一样，凡事认真，严阵以待。好像论坛就有一个第二宫行星很多的组合盘。

第二宫：与个人价值观与财物金钱有关，当第二宫发生作用时，双方可能会有金钱上的往来，若只是老板与员工倒还无所谓，但当双方是情侣间的借贷或是父母给予孩子零用钱时，难免斤斤计较而使原本不求回报的情谊现实化了。当然了财运大家比较关心，这要看行星的相位关系了。相位的好坏会对财运产生影响。

第六宫：是家庭的义务与责任。理想事业、社会地位有关当二人之间有第十宫的关系在时，事业与地位便是焦点之一可能是你很重视对方的身份地位，或是你因为某人的地位而接近他。

第十宫：相位良好的话，某一方的事业得以发展或是社会地位提升，若相位不佳时，某一方的地位、事业则会大受打击。

C-如果两个人的行星集中在：第三宫、第七宫、第十一宫

当两人的合盘，三、七、十一宫居多的话，他们的友谊都是十分自然而然的，就算是情侣、老板与员工、或老师与学生，当有这三个宫位时，两人的关系都会有一些友情的感觉存在，且多半有一种早就认识、相见恨晚的感觉。

第三宫：掌管的是日常沟通、短程旅行、兄弟姐妹、邻居、亲密朋友。当两人有此宫位且相位不错时，会觉得对方跟自己很聊得来，以及增进某一方或双方的沟通技巧、自信心等等，双方在沟通上都能得到很大的乐趣，另外两人也很适合结伴出游。

由于第三宫亦掌管兄弟姐妹、亲密朋友、邻居这些平日关系亲密的事项，因此当两人合盘有第三宫出现以及相位不错时，通常对对方会有一种熟悉感，而自然而然走在一起，就像有吸力一样。

但若相位不佳，虽有缘分，却是恶缘，比方两人明明聊不来，老是牛头不对蛇尾的，却常常需要在一起沟通事情另外两人的出游运也不太好，像是天公不作美、交通阻塞、或是房间没订好什么的，阻碍很多如果相位不佳两人又有契约关系的话，则要小心对方的契约书是否有误，或是你误会他的意思。

第七宫： 掌管的是配偶、对手、合作伙伴当两人的合盘中有第七宫时，不一定代表将来他有机会成为你的另一半也有夫妻是以第二宫的金钱为主的；也有以第十一宫为主的，相处起来像朋友一样，甚至可有可无，柏拉图式的夫妻关系。

第七宫相对于第一宫，代表先天自己较缺乏的部分，因此若两人的组合中点盘有第七宫，其中或多或少掺杂了一种羡慕或是异极相吸的情感这种情感会让双方不由自主地走在一起。

相位若不错，你们可能是很处得来的朋友、合作无间的伙伴、甚至是在人生上互相扶持的夫妻；

若相位不佳，双方虽然觉得对方身上有自己没有的特质而强烈吸引，但却怎么样也处不来；或是不自觉讨厌对方展现出来的但却是与你相同的缺点。

对双方而言，第七宫是一面镜子，可以在对方身上看到你缺乏或是渴望的特质，或是在对方身上看到你们共同的优缺点。

第十一宫:代表各种博爱、没有边界没有限制的友谊。第十一宫的关系是不会在乎任何社会加诸的阶级观念，当两人的合盘有第十一宫存在时，你们通常很快就能找到一种熟悉、气味相投的感，当两人的组合中点盘有第十一宫存在时，你们通常很快就能找到一种熟悉、气味相投的感觉（在与其它人的比较之下），即使对方是穷光蛋、水肥大队、人人走而避之的人物，第十一宫总能让人轻易地产生亲切感，即使自己是不擅交友的人，在遇到有第十一宫合盘的人时，你也会讶异自己怎么会如此迅速地对一个人交心交肺。

当相位良好时，两人的友谊是十分自然的，且自由自在不具束缚，就像俗语说的"君子之交淡如水"那样，即使久久不见，再相逢时的友谊仍然热烈不尴尬由于第十一宫有着博爱、助人、开放、创造的意义，有时双方适合从事一些共同为社会做善事的活动，理念或是活动内容也可能十分地创新先进。

若相位不佳时，双方可能怀有私人目的而在一起，无法发挥博爱、无私的精神为对方付出或为所在的团体付出。

D-如果两个人的行星集中在：第四宫、第八宫、第十二宫

当两人的合盘有四、八、十二这三个宫位出现时，以我的解释是比较宿命性。

第四宫：代表两人可能是家庭成员、或是需要居住同一室、牵涉许多家居生活的关系有的时候，某一方可能扮演着像母亲的角色，无怨无悔地照顾关心另一方。

相位不错时，双方在从事以上活动时都能在家居生活中得到内心的安全感、温暖及乐趣；

若相位不佳时，家可能变成战场令人无法好好休息，像是某方可能听音乐时开得很大声、不爱整洁、不爱做家事、随便带朋友回家，而干扰了另一方在家时的安全感。

第八宫：的关系如果相位不错的话，双方在共同处理财务方面是会使彼此受益的，由于第八宫亦代表人性的黑暗面，相位不佳时，可能某一方或双方总是在私底下搞心机、小动作来计算、陷害另一方，也可能牵涉到官司诉讼。

第八宫除了代表共有财产外，也代表神秘学，相位不错的话双方适合一起去探究各种宇宙的奥妙，或是一起开一家侦探社在彼此第八宫的刺激下，双方的直觉、观察力都会发挥到极致。

第十二宫：的关系则是比较宿命的，往往跟前世因果比较有关连，因此当两人相遇时，也许会产生比较特别的感觉，或是两人的相遇根本是一件很奇妙、难以理解的事情。

相位不错时，你可能变成对方的贵人，或是对方是你的贵人，若要问对方或是自己为什么要这样不计回报的挺力相助的话，可能找不到原因；

若相位不佳时，可能你或对方是彼此的小人，让彼此予取予求却无法克制。

第十二宫亦代表梦、潜意识、灵感、心理有时第十二宫的关系会反映在某一方是对方的心理良药，能抚平治疗对方的伤痛，或是可能刺激某方的灵感。

命盘相位星座2100433B

钳位电路（clampingcircuit）是将脉冲信号的某一部分固定在指定电压值上，并保持原波形形状不变的电路。

钳位电路经常用于各种显示设备中。在示波器和雷达显示器中用钳位电路使扫描信号的直流分量得到恢复，以解决扫描速度改变时所引起的屏幕上图像位置移动问题。在电视系统中用钳位电路使全电视信号的同步脉冲顶端保持在固定的电压上，以克服由于失去直流分量或干扰等原因造成的电平波动，从而实现电视同步信号的分离。 2100433B